TTL反相器的工作原理及传输特性
ttl反相器的基本电路
由前面的分析已知，带电阻负载的bjt反相器 ，其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的前提下，可以另外增加若干元器以改善其动态性能 ，如减少由于bjt基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构 ，以形成ttl反相器的基本电路。下图就是一个ttl反相器的基本电路。
该电路由三部分组成：
由三极管t1组成电路的输入级；
由t3、t4和二极管d组成输出级；
由t2组成的中间级作为输出级的驱动电路，将t2的单端输入信号vi2转换为互补的双端输出信号vi3和vi4，以驱动t3 和t4。
1.ttl反相器的工作原理
这里主要分析ttl反相器的逻辑关系,并估算电路中有关各点的电压，以得到简单的定量概念。
（1）当输入为高电平，如vi＝3.6v时，电源vcc通过rbl和t1的集电结向t2、t3提供基极电流，使t2、t3饱和，输出为低电平，如 vo＝0.2v。此时 vb1＝vbc1＋vbe2＋vbe3＝（0.7＋0.7＋0.7）v＝2.1v
t1的发射结处于反向偏置 ，而集电结处于正向偏置。所以t1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态。由于t2和t3饱和，输出 vc3 ＝0.2v，同时可估算出vc2的值：vc2＝vce2＋vb3＝（0.2＋0.7）v＝0.9v
此时，vb4＝vc2＝0.9v。作用于t4的发射结和二极管d的串联支路的电压为vc2－vo＝（0.9－0.2）v＝0.7v，显然，t4和d均截止，实现了反相器的逻辑关系：输入为高电平时，输出为低电平。
（2）当输入为低电平且电压为0.2v时，t1的发射结导通，其基极电压等于输入低电压加上发射结正向压降，即：vb1＝（0.2＋0.7）v＝0.9v
此时vb1作用于t1的集电结和t2、t3的发射结上，所以t2、t3都截止，输出为高电平。
由于t2截止，vcc通过rc2向t4提供基极电流，致使t4和d导通，其电流流入负载。
输出电压为vo＝vcc－vbe4－vd＝（5－0.7－0.7）v＝3.6v
同样也实现了反相器的逻辑关系：输入为低电平时，输出为高电平。
2.采用输入级以提高工作速度
当ttl反相器输入电压由高（3.6v)变低（0.2v）的瞬间，vb1 ＝（0.2＋0.7）v＝0.9v。但由于t2、t3原来是饱和的 ，它们的基区存储电荷还来不及消散，在此瞬间，t2、t3的发射结仍处于正向偏置，t1的集电极电压为vc1 ＝vbe2＋vbe3＝（0.7＋0.7）v＝1.4v。
此时t1的集电结为反向偏置［集电结电压＝vb1－vc1＝(1－1.4)v＝-0.4v］，因输入为低电平（0.2v）时，t1的发射结为正向偏置,于是t1工作在放大区。这时产生基极电流ib1，其射极电流流入低电平的输入端。集电极电流的方向是从t2的基极流向t1的
集电极，它很快地从t2的基区抽走多余的存储电荷，使t2迅速地脱离饱和而进人截止状态。t2的迅速截止导致t4立刻导通，相当于t3的负载是个很小的电阻，使t3的集电极电流加大，多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止，从而加速了状态转换。
3.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力
由t3、t4和二极管d组成推拉式输出级。其中t4组成电压跟随器，而t3为共射极电路，作为t4的射极负载。这种输出级的优点是，既能提高开关速度，又能提高带负载能力。根据所接负载的不同，输出级的工作情况可归纳如下：
（1）输出为低电平时，t3处于深度饱和状态 ，反相器的输出电阻就是t3的饱和电阻，这时可驱动较大的电流负载。而且由于t4截止
，所以负载电流就是t3的集电极电流，也就是说t3的集电极电流可以全部用来驱动负载。
（2）输出为高电平时，t3截止 ，t4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。
（3）输出端接有负载电容cl时 ，当输出由低电平跳变到高电平的瞬间，t2和t3由饱和转为截止，由于t3的基极电流是经t2放大的电流，所以t2比t3更早脱离饱和，于是t2的集电极电压vc2比t3的集电极电压vc3上升更快。同时由于电容cl两端的电压不能突变，使c2和c3之间的电位差增加，因而使t4在此瞬间基极电流很大，t4集电极与发射极之间呈现低电阻 ，故电源vcc经rc4和t4的饱和电阻对电容cl迅速充电，其时间常数很小，使输出波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，输出管t3深度饱和，也呈现很低的电阻，已充电的cl通过它很快放电，迅速达到低电平，因而使输出电压波形的上升沿和下降沿都很好。
三、ttl反相器的传输特性
现在来分析ttl反相器的传输特性。下图为用折线近似的ttl反相器的传输特性曲线。由图可见 ，传输特性由4条线段ab、bc、cd和de所组成。
ab段：此时输入电压vi很低，t1的发射结为正向偏置。在稳态情况下，t1饱和致使t2和t3截止，同时t4导通。输出vo＝3.6v为高电平。
当vi增加直至b点 ，t1的发射结仍维持正向偏置并处于饱和状态
。但vb2＝vc1增大导致t2的发射结正向偏置 。当t1仍维持在饱和状态时，vb2的值可表示为 vb2＝vi＋vces
为求得b点所对应的vi,可以考虑vb2刚好使t2的发射结正向偏置并开始导电。此时vb2应等于t2、发射结的正向电压vf≈0.6v。但ie2≈0在忽略vre2。的情况下，于是由上式得：
bc段：当vi的值大于b点的值时，由t1的集电极供给t2的基极电流
，但t1仍保持为饱和状态 ，这就需要使t1的发射结和集电结均为正向偏置。
在bc段内，t2对vi的增量作线性放大，其电压增益可表示为
电压增量上通过t4的电压跟随作用而引至输出端形成输出电压的增量，且在一定范围内，有，所以传输特性bc段的斜率为 。必须注意到在bc段内，re2上所产生的电压降还不足以使t3的发射结正向偏置，t3仍维持截止状态。
当re2上的电压vre2达到一定的值，能使t3的发射结正偏，并有vbe3=vf=0.7v时，则有
或
式中vf＝0.7v，表示t3已导通。由于,c点处的输出电压变为
根据线段bc的斜率为-1.6，对应于c点的vi值可由下述关系求得：
由此得
cd段：当vi的值继续增加并超越c点，使t3饱和导通,输出电压迅速下降至v0≈0.2v。d点处的vi(d)值,可以根据t2、t3两发射结电压vf≈0.7v来估算。因此有
de段：当vi的值从d点再继续增加时，t1将进人倒置放大状态,保持vo＝0.2v。至此，得到了ttl反相器的abcde折线型传输特性。
浅谈四种无线传感网络解决方案
王思聪微博嘲讽柯洁 网友怒了“狗不是以前的狗了”你还是一层不变
PLC外围设备接口介绍
NS4210 D类立体声音频功率放大器的功能、特性及应用
非线性元件满足欧姆定律吗
TTL反相器的工作原理及传输特性
全自动影像仪是做什么的？
纺纱工艺流程及PLC控制系统
松下降噪耳机HD-HD605N评测 富有特色降噪体验
环式超声波热量表的工作原理及设计
RFID工具管理系统的主要功能及应用场合
配线箱如何接线、导线如何选
一个DSP怪物的演化：具有大量DSP的UltraScale+ 和UItraScale全可编程器件
无锡高新区与韩国SK海力士签署合作协议
热仿真优化高性能系统中的冷却
零线和火线接反会有什么后果
NFC论坛与USI合作推动手写笔无线充电方案发展
初学仿真常见的错误
中颖触摸模块的使用方法
BDTI宣布打造以消费者为核心的全新移动终端用户体验评价体系
由前面的分析已知，带电阻负载的bjt反相器 ，其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的前提下，可以另外增加若干元器以改善其动态性能 ，如减少由于bjt基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构 ，以形成ttl反相器的基本电路。下图就是一个ttl反相器的基本电路。
该电路由三部分组成：
由三极管t1组成电路的输入级；
由t3、t4和二极管d组成输出级；
由t2组成的中间级作为输出级的驱动电路，将t2的单端输入信号vi2转换为互补的双端输出信号vi3和vi4，以驱动t3 和t4。
1.ttl反相器的工作原理
这里主要分析ttl反相器的逻辑关系,并估算电路中有关各点的电压，以得到简单的定量概念。
（1）当输入为高电平，如vi＝3.6v时，电源vcc通过rbl和t1的集电结向t2、t3提供基极电流，使t2、t3饱和，输出为低电平，如 vo＝0.2v。此时 vb1＝vbc1＋vbe2＋vbe3＝（0.7＋0.7＋0.7）v＝2.1v
t1的发射结处于反向偏置 ，而集电结处于正向偏置。所以t1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态。由于t2和t3饱和，输出 vc3 ＝0.2v，同时可估算出vc2的值：vc2＝vce2＋vb3＝（0.2＋0.7）v＝0.9v
此时，vb4＝vc2＝0.9v。作用于t4的发射结和二极管d的串联支路的电压为vc2－vo＝（0.9－0.2）v＝0.7v，显然，t4和d均截止，实现了反相器的逻辑关系：输入为高电平时，输出为低电平。
（2）当输入为低电平且电压为0.2v时，t1的发射结导通，其基极电压等于输入低电压加上发射结正向压降，即：vb1＝（0.2＋0.7）v＝0.9v
此时vb1作用于t1的集电结和t2、t3的发射结上，所以t2、t3都截止，输出为高电平。
由于t2截止，vcc通过rc2向t4提供基极电流，致使t4和d导通，其电流流入负载。
输出电压为vo＝vcc－vbe4－vd＝（5－0.7－0.7）v＝3.6v
同样也实现了反相器的逻辑关系：输入为低电平时，输出为高电平。
2.采用输入级以提高工作速度
当ttl反相器输入电压由高（3.6v)变低（0.2v）的瞬间，vb1 ＝（0.2＋0.7）v＝0.9v。但由于t2、t3原来是饱和的 ，它们的基区存储电荷还来不及消散，在此瞬间，t2、t3的发射结仍处于正向偏置，t1的集电极电压为vc1 ＝vbe2＋vbe3＝（0.7＋0.7）v＝1.4v。
此时t1的集电结为反向偏置［集电结电压＝vb1－vc1＝(1－1.4)v＝-0.4v］，因输入为低电平（0.2v）时，t1的发射结为正向偏置,于是t1工作在放大区。这时产生基极电流ib1，其射极电流流入低电平的输入端。集电极电流的方向是从t2的基极流向t1的
集电极，它很快地从t2的基区抽走多余的存储电荷，使t2迅速地脱离饱和而进人截止状态。t2的迅速截止导致t4立刻导通，相当于t3的负载是个很小的电阻，使t3的集电极电流加大，多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止，从而加速了状态转换。
3.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力
由t3、t4和二极管d组成推拉式输出级。其中t4组成电压跟随器，而t3为共射极电路，作为t4的射极负载。这种输出级的优点是，既能提高开关速度，又能提高带负载能力。根据所接负载的不同，输出级的工作情况可归纳如下：
（1）输出为低电平时，t3处于深度饱和状态 ，反相器的输出电阻就是t3的饱和电阻，这时可驱动较大的电流负载。而且由于t4截止
，所以负载电流就是t3的集电极电流，也就是说t3的集电极电流可以全部用来驱动负载。
（2）输出为高电平时，t3截止 ，t4组成的电压跟随器的输出电阻很小，所以输出高电平稳定，带负载能力也较强。
（3）输出端接有负载电容cl时 ，当输出由低电平跳变到高电平的瞬间，t2和t3由饱和转为截止，由于t3的基极电流是经t2放大的电流，所以t2比t3更早脱离饱和，于是t2的集电极电压vc2比t3的集电极电压vc3上升更快。同时由于电容cl两端的电压不能突变，使c2和c3之间的电位差增加，因而使t4在此瞬间基极电流很大，t4集电极与发射极之间呈现低电阻 ，故电源vcc经rc4和t4的饱和电阻对电容cl迅速充电，其时间常数很小，使输出波形上升沿陡直。而当输出电压由高变低后，输出管t3深度饱和，也呈现很低的电阻，已充电的cl通过它很快放电，迅速达到低电平，因而使输出电压波形的上升沿和下降沿都很好。
三、ttl反相器的传输特性
现在来分析ttl反相器的传输特性。下图为用折线近似的ttl反相器的传输特性曲线。由图可见 ，传输特性由4条线段ab、bc、cd和de所组成。
ab段：此时输入电压vi很低，t1的发射结为正向偏置。在稳态情况下，t1饱和致使t2和t3截止，同时t4导通。输出vo＝3.6v为高电平。
当vi增加直至b点 ，t1的发射结仍维持正向偏置并处于饱和状态
。但vb2＝vc1增大导致t2的发射结正向偏置 。当t1仍维持在饱和状态时，vb2的值可表示为 vb2＝vi＋vces
为求得b点所对应的vi,可以考虑vb2刚好使t2的发射结正向偏置并开始导电。此时vb2应等于t2、发射结的正向电压vf≈0.6v。但ie2≈0在忽略vre2。的情况下，于是由上式得：
bc段：当vi的值大于b点的值时，由t1的集电极供给t2的基极电流
，但t1仍保持为饱和状态 ，这就需要使t1的发射结和集电结均为正向偏置。
在bc段内，t2对vi的增量作线性放大，其电压增益可表示为
电压增量上通过t4的电压跟随作用而引至输出端形成输出电压的增量，且在一定范围内，有，所以传输特性bc段的斜率为 。必须注意到在bc段内，re2上所产生的电压降还不足以使t3的发射结正向偏置，t3仍维持截止状态。
当re2上的电压vre2达到一定的值，能使t3的发射结正偏，并有vbe3=vf=0.7v时，则有
或
式中vf＝0.7v，表示t3已导通。由于,c点处的输出电压变为
根据线段bc的斜率为-1.6，对应于c点的vi值可由下述关系求得：
由此得
cd段：当vi的值继续增加并超越c点，使t3饱和导通,输出电压迅速下降至v0≈0.2v。d点处的vi(d)值,可以根据t2、t3两发射结电压vf≈0.7v来估算。因此有
de段：当vi的值从d点再继续增加时，t1将进人倒置放大状态,保持vo＝0.2v。至此，得到了ttl反相器的abcde折线型传输特性。
浅谈四种无线传感网络解决方案
王思聪微博嘲讽柯洁 网友怒了“狗不是以前的狗了”你还是一层不变
PLC外围设备接口介绍
NS4210 D类立体声音频功率放大器的功能、特性及应用
非线性元件满足欧姆定律吗
TTL反相器的工作原理及传输特性
全自动影像仪是做什么的？
纺纱工艺流程及PLC控制系统
松下降噪耳机HD-HD605N评测 富有特色降噪体验
环式超声波热量表的工作原理及设计
RFID工具管理系统的主要功能及应用场合
配线箱如何接线、导线如何选
一个DSP怪物的演化：具有大量DSP的UltraScale+ 和UItraScale全可编程器件
无锡高新区与韩国SK海力士签署合作协议
热仿真优化高性能系统中的冷却
零线和火线接反会有什么后果
NFC论坛与USI合作推动手写笔无线充电方案发展
初学仿真常见的错误
中颖触摸模块的使用方法
BDTI宣布打造以消费者为核心的全新移动终端用户体验评价体系